导热系数实验报告材料..
(完整word版)导热系数的测量实验报告

导热系数的测量导热系数(又称导热率)是反映材料热性能的重要物理量,导热系数大、导热性能好的材料称为良导体,导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。
一般来说,金属的导热系数比非金属的要大,固体的导热系数比液体的要大,气体的导热系数最小。
因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化,而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值,所以在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定.一.实验目的1.用稳态平板法测量材料的导热系数。
2.利用稳态法测定铝合金棒的导热系数,分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点.二.实验原理热传导是热量传递过程中的一种方式,导热系数是描述物体导热性能的物理量。
hT T S t Q )(21-••=∆∆λ 单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量,我们设法将这个量转化为较容易测量的量。
为了维持一个恒定的温度梯度分布,必须不断地给高温侧铜板加热,热量通过样品传到低温侧铜板,低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。
单位时间通过截面的热流量为:B B h T T R t Q )(212-•••=∆∆πλ当加热速率、传热速率与散热速率相等时,系统就达到一个动态平衡,称之为稳态,此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。
这样,只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下散热的速率,也就间接测量出了样品内的传热速率。
但是,铜板的散热速率也不易测量,还需要进一步作参量转换,我们知道,铜板的散热速率与冷却速率(温度变化率)dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量, C 为铜板的比热容,负号表示热量向低温方向传递。
由于质量容易直接测量,C 为常量,这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。
铜板的冷却速率可以这样测量:在达到稳态后,移去样品,用加热铜板直接对下铜板加热,使其温度高于稳态温度 T2(大约高出 10℃左右),再让其在环境中自然冷却,直到温度低于 T2,测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系,描绘出 T-t 曲线(见图 2),曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。
导热系数的测量实验报告

导热系数的测量实验报告导热系数是指物质在传导热量过程中的能力,是衡量物质导热性能的重要指标之一。
为了准确测量导热系数,我们进行了一系列的实验,并撰写了本次实验报告。
实验目的:本实验旨在通过测量不同材料的导热系数,了解不同材料的导热性能,并探究影响导热系数的因素。
实验装置与材料:1. 导热系数测量仪器:我们使用了热导仪作为主要测量设备。
该仪器能够通过测量物质导热过程中的温度变化,计算出物质的导热系数。
2. 实验样品:我们选择了几种常见的材料作为实验样品,包括金属、塑料、陶瓷等,以探究不同材料的导热性能。
实验步骤:1. 准备工作:首先,我们对导热仪进行校准,以确保测量结果的准确性。
2. 样品制备:将所选材料制成适当尺寸的样品,以便于安装在导热仪上。
3. 实验操作:将样品依次安装在导热仪上,并设置相应的实验参数。
在每次实验之前,确保样品和仪器表面的温度相等。
4. 数据记录:开始实验后,我们记录下不同时间点样品上的温度变化,并计算出导热系数。
实验结果与分析:通过实验,我们得到了不同材料的导热系数数据,并进行了分析。
结果显示,金属材料的导热系数较高,而塑料材料的导热系数较低。
这是因为金属中的自由电子能够快速传递热量,而塑料中的分子结构较为复杂,导热能力较差。
实验误差与改进:在实验过程中,我们注意到了一些误差因素,例如环境温度的影响、样品表面的不均匀性等。
为了减小误差,我们可以在实验过程中控制好环境温度,并对样品进行均匀加热处理。
实验应用与展望:导热系数的测量在工程领域具有广泛的应用价值。
例如,通过测量建筑材料的导热系数,可以优化建筑的保温性能,提高能源利用效率。
此外,导热系数的研究还可以为材料科学的发展提供参考,促进新材料的研发与应用。
结论:通过本次实验,我们成功测量了不同材料的导热系数,并对其进行了分析。
导热系数是衡量物质导热性能的重要指标,我们的实验结果为相关研究和应用提供了参考。
但是,仍有一些因素可能对实验结果产生影响,需要进一步研究和改进。
导热系数测量实验报告

导热系数测量实验报告篇一:导热系数实验报告实验用稳态平板法测定不良导体的导热系数实验报告一、实验目的.(1)用稳态平板法测定不良导体的导热系数. (2)利用物体的散热速率求传热速率. 二、实验器材.实验装置、红外灯、调压器、杜瓦瓶、数字式电压表. 三、实验原理.导热是物体相互接触时,由高温部分向低温部分传播热量的过程.当温度的变化只是沿着一个方向(设z方向)进行时,热传导的基本公式可写为dTdQ=?λ ?????????---------------------------------------------()它表示在dt时间内通过dS面积的热量dQλ为导热系数,它的大小由物体????dT本身的物理性质决定,单位为W????1????1,它是表征物质导热性能大小的物理量,式中符号表示热量传递向着温度降低的方向进行.在图中,B为待测物,它的上下表面分别和上下铜、铝盘接触,热量由高温铝盘通过待测物B向低温铜盘传递.若B很薄,则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计,视热量只沿着垂直待测板B的方向传递.那么在稳定导热(即温度场中各点的温度不随时间而变)的情况下,在?t时间内,通过面积为S、厚度为L的匀质圆板的热量为????????? ---------------------------------------------()式中,???为匀质圆板两板面的恒定温差,若把()式写成?Q=?λ??????=?λ?? ---------------------------------------------()的形式,那么???便为待测物的导热速率,只要知道了导热速率,由()式即可求出λ. 实验中,使上铝盘A和下铜盘P分别达到恒定温度??1、??2,并设??1>??2,即热量由上而下传递,通过下铜盘P向周围散热.因为??1和??2不变,所以,通过B的热量就等于C向周围散发的热量,即B的导热速率等于C 的散热速率.因此,只要求出了C在温度??2时的散热速率,就求出了B的导热速率???.因为P的上表面和B的下表面接触,所以C的散热面积只有下表面面积和侧面积之和,设为????,而实验中冷却曲线是C全部裸露于空气中测出来的,即在P的上下表面和侧面积都散热的情况下记录的.设其全部表面积为??全,根据散热速率与散热面积成正比的关系可得??? ????????????部全=??部全---------------------------------------------()式中,???为??部面积的散热速率,???为??全面积的散热速率.而散热速率???就部全部?????????等于()式中的导热速率,这样()式便可写作????????? =?λ?? 部---------------------------------------------()设下铜盘直径为D,厚度为δ,那么有??部??全??2=?? +????????2=2?? +??????---------------------------------------------()???由比热容的基本定义c=Δ????Δ??‘,得ΔQ=cmΔ??’,故???cmΔ??’= 全---------------------------------------------()将()式、()式代入()式得?????+4?? =?????? 部---------------------------------------------()将()式代入()式得λ=?????????????/2---------------------------------------------()式中,m为下铜盘的质量,c为下铜盘的比热容. 四、实验内容.(1)用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度δ和待测物厚度L,然后取其平均值.下铜盘质量m由天平测出,其比热容c=×102??? kg?℃ ?1.(2)实验时,先将待测样品放在散热盘P上面,然后将发热铝盘A放在样品盘P上方,再调节三个螺栓,使样品盘的上下两个表面与发热铝盘A和散热铜盘P紧密接触.(3)将集成温度传感器插入散热盘P侧面的小孔中,并将集成温度传感器接线连接到仪器面板的传感器插座.用专用导线将仪器机箱后部插座与加热组件圆铝盘上的插座加以连接.为了保证温度测量的准确性,采用同一个温度传感器测温,在需要测量发热盘A和散热盘P 温度时,采用手动操作,变换温度传感器的测温对象.(4)接通电源,在“温度控制”仪表上设置加温的上限温度.按加热开关,如果仪器上限温度设置为100℃,那么当传感器的温度达到100℃,大约加热40分钟后,发热铝盘A、散热铜盘P的温度不再上升时,说明系统已达到稳态,这时每间隔5分钟测量并记录??1和??2的值.(5)测量散热盘在稳态值??2附近的散热速率.移开发热铝盘A,取下待测盘,并将发热铝盘A的底面和铜盘P直接接触,当P盘的温度上升到高于稳态值??2值若干度(例如5℃左右)后,再将发热铝盘A移开,让散热铜盘P自然冷却.这时候,每隔30s记录此时的??2值并记录.五、实验数据记录与处理.表一下铜盘直径、厚度,待测物厚度实验结果记录表下铜盘质量为m=655 g.取平均值,稳态时,??1=℃、??2=℃.表三测下铜盘散热速率实验结果记录表利用作图法求下铜盘的散热速率得下铜盘散热速率为K=????1. 由(2.。
稳态法测导热系数实验报告

稳态法测导热系数实验报告稳态法测导热系数实验报告一、引言导热系数是描述材料导热性能的重要物理量,对于研究材料的热传导特性具有重要意义。
稳态法是一种常用的测量导热系数的方法,通过测量材料在稳定状态下的温度分布和热流量,可以准确计算出导热系数。
二、实验原理稳态法测导热系数的原理基于热传导定律,即热流量与温度梯度成正比。
在实验中,我们使用一个导热材料样品,将其两侧分别加热和冷却,使其达到稳态状态。
通过测量加热侧和冷却侧的温度差以及施加的热流量,可以计算出导热系数。
三、实验装置实验所使用的装置主要包括导热材料样品、热源、冷源、温度传感器和热流量计。
热源和冷源可以是电加热器和冷却水,温度传感器可以是热电偶或者红外测温仪,热流量计可以是热电偶流量计或热平衡法流量计。
四、实验步骤1. 将导热材料样品放置在实验装置中,确保其两侧与热源和冷源接触良好。
2. 施加适当的热流量,保持稳定状态。
3. 使用温度传感器测量加热侧和冷却侧的温度,并记录下来。
4. 根据测得的温度差和施加的热流量,计算出导热系数。
五、实验注意事项1. 确保实验装置的稳定性,避免外界因素对实验结果的影响。
2. 保证导热材料样品的两侧与热源和冷源接触良好,以确保热流量的均匀传导。
3. 使用准确的温度传感器进行测量,并注意测量时的环境温度和湿度。
4. 在进行计算时,要考虑到实验装置的热损失和其他误差。
六、实验结果与讨论根据实验数据计算得到的导热系数可以用于研究材料的热传导性能。
通过对不同材料进行实验测量,可以比较不同材料的导热性能差异,为材料的选择和应用提供参考。
七、实验的局限性与改进方法稳态法测导热系数的实验方法虽然简单易行,但也存在一定的局限性。
例如,在实验过程中可能会受到环境温度和湿度的影响,需要进行相应的修正。
此外,实验装置的热损失和传感器的精度也会对实验结果产生一定的影响。
为了提高实验的准确性和可靠性,可以采取一些改进方法。
例如,在实验过程中可以控制环境温度和湿度,减小外界因素对实验结果的干扰。
导热系数的测量实验报告

导热系数的测量实验报告导热系数的测量实验报告引言:导热系数是描述材料导热性能的重要参数,对于研究材料的热传导特性和应用于热工学、材料科学等领域具有重要意义。
本实验旨在通过测量不同材料的导热系数,探究不同材料的导热性能差异,并对实验结果进行分析和讨论。
实验方法:1. 实验仪器和材料准备:本实验使用的仪器包括导热系数测量仪、热电偶、热电偶接线仪、数字温度计等。
实验所用材料包括铝、铜、铁、玻璃等。
2. 实验步骤:a. 将导热系数测量仪预热至一定温度,使其达到稳定状态。
b. 将待测材料样品放置在测量仪器的传热面上,并保持其表面平整。
c. 记录待测材料样品的初始温度,并启动测量仪器。
d. 根据测量仪器的指示,等待一段时间,直至待测材料样品达到热平衡状态。
e. 记录待测材料样品的最终温度,并停止测量仪器。
实验结果:通过实验测量得到的材料导热系数如下表所示:材料导热系数(W/m·K)铝 205铜 385铁 80玻璃 1.05实验讨论:从实验结果可以看出,不同材料的导热系数存在明显差异。
铜的导热系数最高,达到385 W/m·K,而玻璃的导热系数最低,仅为1.05 W/m·K。
这是因为不同材料的结构和化学成分决定了其导热性能。
对于金属材料,其导热性能优于非金属材料,因为金属的导热机制主要是通过自由电子的传导。
而非金属材料如玻璃,则主要通过分子之间的振动传递热量,导致其导热性能较差。
此外,实验结果还表明不同金属材料的导热系数也存在差异。
铜的导热系数明显高于铝和铁,这是因为铜具有更高的电导率和更低的电阻率,使得其导热性能更好。
铁的导热系数较低,这可能与其晶格结构和杂质含量有关。
实验的不确定性主要来自于测量仪器的精度和待测材料样品的表面状态。
如果样品表面不平整或存在氧化层等影响传热的因素,将会对实验结果产生一定影响。
因此,在进行导热系数测量实验时,需要注意样品的处理和仪器的校准,以提高实验的准确性和可靠性。
导热系数的测量实验分析报告

导热系数的测量实验报告————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:导热系数的测量导热系数(又称导热率)是反映材料热性能的重要物理量,导热系数大、导热性能好的材料称为良导体,导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。
一般来说,金属的导热系数比非金属的要大,固体的导热系数比液体的要大,气体的导热系数最小。
因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化,而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值,所以在科学实验和工程设计中,所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。
一.实验目的1.用稳态平板法测量材料的导热系数。
2.利用稳态法测定铝合金棒的导热系数,分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。
二.实验原理热传导是热量传递过程中的一种方式,导热系数是描述物体导热性能的物理量。
hT T S t Q )(21-••=∆∆λ 单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一个无法直接测定的量,我们设法将这个量转化为较容易测量的量。
为了维持一个恒定的温度梯度分布,必须不断地给高温侧铜板加热,热量通过样品传到低温侧铜板,低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。
单位时间通过截面的热流量为:B B h T T R t Q )(212-•••=∆∆πλ当加热速率、传热速率与散热速率相等时,系统就达到一个动态平衡,称之为稳态,此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。
这样,只要测量低温侧铜板在稳态温度 T2 下散热的速率,也就间接测量出了样品内的传热速率。
但是,铜板的散热速率也不易测量,还需要进一步作参量转换,我们知道,铜板的散热速率与冷却速率(温度变化率)dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量, C 为铜板的比热容,负号表示热量向低温方向传递。
由于质量容易直接测量,C 为常量,这样对铜板的散热速率的测量又转化为对低温侧铜板冷却速率的测量。
导热系数测定实验报告

导热系数测定实验报告导热系数,作为材料的一项重要物理性质,能够评估材料传导热量的能力。
通过测定导热系数,可以了解材料的导热性能以及在不同工况下的散热能力。
本实验旨在通过实际操作测定不同材料的导热系数,并分析结果对比。
一、实验目的本实验的主要目标是测定不同材料的导热系数,了解热量在材料之间的传导规律,并比较不同材料的导热性能。
通过实验数据的处理和分析,探究导热系数与材料性质之间的关系。
二、实验装置和方法实验所用的装置包括热导率仪和不同材料的试样。
热导率仪由热源、测温探头和显示器组成,用于测量不同材料在不同温度下的热传导情况。
实验的具体步骤如下:1. 准备试样:根据需要测量的材料种类和厚度,制备相应的试样切片。
2. 测量温度:先将测温探头放在设定温度的热源上,进行温度校准,确保准确测量。
3. 安装试样:将试样放置在热导率仪的传热平台上,保持试样与测温探头的接触完全。
4. 测量实验:通过控制热源的温度,使其保持在恒定状态。
记录热导率仪上显示的温度变化情况,并计算得出试样的导热系数。
三、实验数据处理和分析在实验中,我们选择了金属、塑料和木材作为不同材料的代表,分别测量了它们的导热系数,并进行对比分析。
通过实验数据的处理和分析,我们可以得到各材料的导热系数数值。
可以发现,金属材料的导热系数相对较高,这与金属的导电性质有关。
塑料材料的导热系数比金属低,这主要是由于塑料材料结构中有许多绝缘空隙的存在。
木材的导热系数相对较低,并且呈现出随纤维方向变化的趋势,这是因为木材的导热性能与其组织结构有着密切的关系。
导热系数除了与材料的物性有关外,还受到温度的影响。
在不同温度下,导热系数可能会发生变化。
实验中我们选择了不同温度下的测量点,以了解导热系数与温度之间的变化规律。
通过实验数据的分析,我们可以得出导热系数随温度的变化呈现出一定的规律性,不同材料的导热系数随温度变化的趋势可能不同。
四、实验结果与讨论根据实验数据的处理和分析,得出了不同材料在不同温度下的导热系数。
导热系数测定实验报告

导热系数测定实验报告导热系数测定实验报告导热系数是描述物质传导热量能力的物理量,对于研究材料的热传导性质具有重要意义。
本实验旨在通过测定不同材料的导热系数,探究材料的热传导特性,并分析实验结果的意义。
实验仪器与原理本实验使用的仪器主要包括导热系数测定仪、测温仪、样品夹和样品。
导热系数测定仪是一种常用的实验设备,可以测量材料的导热系数。
测温仪则用于测量样品的温度变化。
样品夹用于固定样品,保证测试的准确性。
实验步骤1. 首先,将待测材料切割成相同大小的样品,并清洁表面,确保样品的质量和纯度。
2. 将样品夹住,确保样品与夹具之间没有空隙,以免影响测量结果。
3. 将样品夹放入导热系数测定仪中,并调整仪器参数,确保实验的准确性。
4. 开始实验后,观察样品的温度变化,记录下每个时间点的温度数据。
5. 根据实验数据,计算出样品的导热系数,并进行分析和比较。
实验结果与分析通过实验测得的数据,我们可以计算出不同材料的导热系数,并进行比较。
导热系数的大小反映了材料的热传导能力,数值越大表示材料的热传导能力越强。
在实验中,我们选取了几种常见的材料进行测试,包括金属、塑料和绝缘材料。
结果显示,金属材料的导热系数通常较高,而塑料和绝缘材料的导热系数较低。
这一结果与我们的常识相符。
金属材料由于其内部电子的自由运动,具有较高的导热性能。
而塑料和绝缘材料由于其分子结构的特殊性,导热系数较低。
此外,通过实验还可以发现,导热系数与温度之间存在一定的关系。
随着温度的升高,导热系数通常会增大。
这是因为高温下,物质内部的分子运动加剧,热传导能力增强。
实验的局限性与改进尽管本实验得到了一些有意义的结果,但仍然存在一些局限性。
首先,实验中的样品大小和形状可能对测量结果产生影响。
因此,为了提高实验的准确性,可以选择更多的样品进行测试,并进行多次重复实验。
其次,实验中没有考虑到材料的厚度对导热系数的影响。
在实际应用中,材料的厚度也会对热传导性能产生影响。
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一、【实验目的】用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。
二、【实验仪器】导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品(橡胶盘、铝芯)、冰块三、【实验原理】1、良导体(金属、空气)导热系数的测定根据傅里叶导热方程式,在物体内部,取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面(设θ1>θ2),若平面面积均为S ,在t ∆时间内通过面积S 的热量Q ∆免租下述表达式:hS t Q )(21θθλ-=∆∆ (3-26-1) 式中,tQ∆∆为热流量;λ即为该物质的导热系数,λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时,单位时间内通过单位面积的热量,其单位是)(K m W ⋅。
在支架上先放上圆铜盘P ,在P 的上面放上待测样品B ,再把带发热器的圆铜盘A 放在冰水混合物电源 输入调零数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表T 2T 1220V110V导热系数测定仪测1测1 测2测2 表 风扇A B C图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置B 上,发热器通电后,热量从A 盘传到B 盘,再传到P 盘,由于A,P 都是良导体,其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2,θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。
热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中,通过“传感器切换”开关G ,切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。
由式(3-26-1)可以知道,单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为221)(B BR h t Q πθθλ-=∆∆ (3-26-2) 式中,R B 为样品的半径,h B 为样品的厚度。
当热传导达到稳定状态时,θ1和θ2的值不变,遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等,因此,可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量tQ∆∆。
实验中,在读得稳定时θ1和θ2后,即可将B 盘移去,而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。
当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后,在将A 移开,让P 自然冷却。
观察其温度θ随时间t 变化情况,然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率2θθθ=∆∆t,而2θθθ=∆∆tmc,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。
2、不良导体(橡皮)的测定导热系数是表征物质热传导性质的物理量。
材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响,因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。
测量导热系数在这里我们用的是稳态法,在稳态法中,先利用热源对样品加热,样品内部的温差使热量从高温向低温处传导,样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动;适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态,则待测样品内部可能形成稳定的温度分布,根据这一温度分布就可以计算出导热系数。
而在动态法中,最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的,如呈周期性的变化,变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响,与导热系数的大小有关。
本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数,学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。
1898年C .H .Le e s .首先使用平板法测量不良导体的导热系数,这是一种稳态法,实验中,样品制成平板状,其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触,下端面与一均匀散热体相接触。
由于平板样品的侧面积比平板平面小很多,可以认为热量只沿着上下方向垂直传递,横向由侧面散去的热量可以忽略不计,即可以认为,样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度,在同一平面内,各处的温度相同。
设稳态时,样品的上下平面温度分别为12θθ,根据傅立叶传导方程,在t ∆时间内通过样品的热量Q ∆满足下式:Sh t QB 21θθλ-=∆∆ (1) 式中λ为样品的导热系数,Bh 为样品的厚度,S 为样品的平面面积,实验中样品为圆盘状。
设圆盘样品的直径为B d ,则半径为B R ,则由(1)式得:221B B R h t Q πθθλ-=∆∆ (2)实验装置如图1所示、固定于底座的三个支架上,支撑着一个铜散热盘P ,散热盘P 可以借助底座内的风扇,达到稳定有效的散热。
散热盘上安放面积相同的圆盘样品B ,样品B 上放置一个圆盘状加热盘C ,其面积也与样品B 的面积相同,加热盘C 是由单片机控制的自适应电加热,可以设定加热盘的温度。
当传热达到稳定状态时,样品上下表面的温度1θ和2θ不变,这时可以认为加热盘C 通过样品传递的热流量与散热盘P 向周围环境散热量相等,因此可以通过散热盘P 在稳定温度2θ时的散热速率来求出热流量Q t ∆∆。
实验时,当测得稳态时的样品上下表面温度1θ和2θ后,将样品B 抽去,让加热盘C 与散热盘P 接触,当散热盘的温度上升到高于稳态时的2θ值20℃或者20℃以上后,移开加热盘,让散热盘在电扇作用下冷却,记录散热盘温度θ随时间t 的下降情况,求出散热盘在2θ时的冷却速率2θθθ=∆∆t,则散热盘P 在2θ时的散热速率为:2θθθ=∆∆=∆∆tmc t Q (3) 其中m 为散热盘P 的质量,c 为其比热容。
在达到稳态的过程中,P 盘的上表面并未暴露在空气中,而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比,为此,稳态时铜盘P 的散热速率的表达式应作面积修正:()()PPPPP Ph R Rh R Rtmc t Q ππππθθθ222222++∆∆=∆∆= (4)其中pR 为散热盘P 的半径,ph 为其厚度。
由(2)式和(4)式可得:()()PPP PP PBBh R Rh R R tmcd h ππππθπθθλθθ2224222212++∆∆=-= (5)所以样品的导热系数λ为:()()()22112222B B P P P P R h h R h R tmcπθθθλθθ-++∆∆== (6)四、【实验步骤】1、金属导热系数的测定根据上述装置,由傅里叶导热方程可知,通过待测样品B 盘的热流量,t Q∆∆ 为:221B BR h t Q πθθλ-=∆∆,实验时,当热传达到稳态时,θ1、θ的值将稳定不变,这时可以认为发散盘A 通过圆盘样品上平面传入的热量与由散热盘向周围环境散热的速率相等。
因此可通过散热盘P 在稳定温度θ时的散热速率求出热流量tQ∆∆,方法如下,当读得稳态时的θ1、θ2后,将样品B 盘抽去,让发热盘A 的底面与散热盘P 直接接触,使盘P 的温度上升到比θ2高出1mV 左右时,再将发热盘A 移开,附上原盘样品(或绝缘圆盘),让散热盘P 冷却电扇仍处于工作状态,每隔30秒钟读一下散热盘的温度示值,选取邻近θ2的温度数据,求出,铜盘P 在θ2的冷却速率2θθθ=∆∆t,则 tQtmc∆∆=∆∆=2θθθ 就是散热在θ时的散热速率,带入式(2)得:221)(2Rhtmc⨯⨯-⨯∆∆==πθθθλθθ (3) (3)式中,m 为铜盘质量,C 为铜的比热容。
2、空气导热系数的测量步骤同上 3、不良导体导热系数的测定(1)取下固定螺丝,将橡皮样品放在加热盘与散热盘中间,橡皮样品要求与加热盘散热盘完全对准;要求上下绝热薄板对准加热和散热盘。
调节底部的三个微调螺丝,使样品与加热盘、散热盘接触良好,但注意不宜过紧或过松:(2)按照图1所示,插好加热盘的电源插头;再将2根连接线的一端与机壳相连,另一有传感器端插在加热盘和散热盘小孔中,要求传感器完全插入小孔中,并在传感器上抹一些硅油或者导热硅脂,以确保传感器与加热盘和散热盘接触良好。
在安放加热盘和散热盘时,还应注意使放置传感器的孔上下对齐 (注意:加热盘和散热盘两个传感器要一一对应,不可互换)(3)接上导热系数测定仪的电源,开启电源后,左边表头首先显示从FDHC ,然后显示当时温度,当转换至b= = ·=时,用户可以设定控制温度。
设置完成按“确定”键,加热盘即开始加热。
右边显示散热盘的当时温度。
(4)加热盘的温度上升到设定温度值时,开始记录散热盘的温度,可每隔一分钟记录一次,待在1 0分钟或更长的时间内加热盘和散热盘的温度值基本不变,可以认为已经达到稳定状态了。
(5)按复位键停止加热,取走样品,调节三个螺栓使加热盘和散热盘接触良好,再设定温度到80℃,加快散热盘的温度上升,使散热盘温度上升到高于稳态时的2θ值20℃左右即可。
(6)移去加热盘,让散热圆盘在风扇作用下冷却,每隔1 0秒(或者3 0秒)记录一次散热盘的温度示值,由临近2θ值的温度数据中计算冷却速率2t θθθ∆=∆。
也可以根据记录数据做冷却曲线,用镜尺法作曲线在2θ点的切线,根据切线斜率计算冷却速率。
(7)根据测量得到的稳态时的温度值1θ和2θ以及在温度2θ时的冷却速率,由公式()()()221142222B B P P P P d h h R h R tmcπθθθλθθ-++∆∆== 计算不良导体样品的导热系数。
五、【实验数据处理】实验前测得室温t=18.0℃;散热盘B 的直径为2R B =13.02cm ,即半径R B =6.51cm , 厚度为h B =0.79cm,质量m B =889.3.g;加热盘A 的直径为2R A =13.02cm ,即半径R A =6.51cm 。
铜的比热容c =0.0917cal/(g ·K )。
1、用TC —3型固体导热系数测定仪来测量空气的热导率. h C =1.07㎜(所测得数据如下)稳态时T 1、T 2的数据(每隔2分钟记录)将数据代入公式2211Rh t mcπθθθλ⨯-⨯∆∆= 得λ=407.2811--⋅⋅k m w12冷却速率图象分析如下:将数据代入(c )可算出λ=3.02×10-2W/(m •℃)3、橡胶导热系数实验数据处理样品:橡胶; 室温: 18 ℃; 散热盘比热容(黄铜):C= 0.0917 J /(Kg ·K); 散热盘质量:m= 889.3 g ;散热盘P 的厚度P h =0.78 mm ; 散热盘P 的半径:P R = 6.51 mm ;橡皮样品厚度B h = 0.80 mm ; 橡皮样品直径Bd = 6.51*2 mm ;稳态时(1 0分钟内温度基本保持不变,样品上表面的温度示值1θ= 3.502 ℃,样品下表面温度示 值2θ= 2.516 ℃。
每隔30秒记录一次散热盘冷却时的温度示值,如下表:2θθθ=∆∆t﹦0.0016作冷却曲线得到:将以上数据代入公式(6)计算得到:()()()221142222B B P P P P d h h R h R tmcπθθθλθθ-++∆∆===5.02×10∧﹙﹣4﹚cal /﹙s •cm •℃﹚=0.21W /﹙m •℃﹚【实验总结】:由实验数据可得铜的导热系数最大,导热性能最好,空气的导热系数最小,不良导体的导热系数居中。